自适应底座悬垂弹射过程附加载荷分析

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1、2012年第3期导弹与航天运载技术No.32012总第319期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.319文章编号：1004-7182(2012)03-0011-04柔性飞行器飞行动力学与结构动力学耦合分析方法赵振军，吕海波，郭百森，李明，周春晓（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）摘要：柔性飞行器的刚体运动和弹性变形相互之间存在耦合影响。为实现柔性飞行器的运动和结构内力的耦合求解，利用Lagrange方程推导柔性飞行器的刚体运动弹性变形耦合方程，其中弹性变形部分利

2、用柔性体的弹性模态来描述；通过算例研究柔性对飞行器运动轨迹和姿态的影响以及刚体运动对结构内力的影响，验证了刚体运动方程和结构动力学方程耦合求解的必要性。关键词：柔性飞行器；刚体运动；弹性变形；耦合求解；模态叠加法中图分类号：V412.4；V414文献标识码：ATheCoupledFlightDynamicandStructuralDynamicMethodfortheFlexibleFlightVehicleZhaoZhenjun,LvHaibo,GuoBaisen,LiMing,ZhouChu

3、nxiao(BeijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering,Beijing,100076)Abstract:Thereiscouplingbetweenrigid-bodymotionandelasticdeformationofaflexibleflightvehicle.Inordertoobtainthecoupledsolutionofthemotionandinternalforces,coupledequationofrigiddy

4、namicsandstructuraldynamicsisdevelopedbyusingLagrangeequation,inwhichtheelasticdeformationischaracterizedbythestructuralmodes.Somenumericalexamplesarealsopresentedtostudytheeffectofstructuralflexibilityonvehicletrajectoryandattitudeandtheeffectofrigi

5、d-bodymotionsonstructuralinternalforcesaswell.Theseexamplesfinallyprovesthenecessityofcoupledsolutionofrigiddynamicandstructuraldynamicequations.KeyWords:Flexibleflightvehicle;Rigid-bodymotion;Elasticdeformation;Coupledsolution;Modesuperpositionmetho

6、d0引言构内力的影响，验证了刚体运动方程和弹性变形方程在传统飞行器设计中，往往分别对飞行动力学方耦合求解的必要性。[1]程和结构动力学方程进行求解，工程实践证明，这种处理方法是行之有效的。但是随着大柔性飞行器的出1理论推导现，当大柔性飞行器的弹性频率和飞行控制频率相差假设某柔性飞行器在跟随其运动的坐标系中的变不大时，上述传统的处理方法往往不能满足设计要求。形可视作小变形，在此假设前提下进行了推导。为了[2]如，美国的土星V火箭，一阶弹性振动频率不到1Hz，说明其物理概念，假设柔性飞行器只在一个平

7、面内运需要考虑飞行动力学方程和结构动力学方程的耦合影动，且其本身是一个柔性梁（见图1）。响，并进行耦合求解。本文利用Lagrange方程推导了柔性飞行器的刚体运动弹性变形耦合方程，其中弹性变形部分利用柔性体的模态来描述，利用本文提出的方法，实现了柔性飞行器的运动和结构内力的耦合求解。通过算例，研究了柔性对运动轨迹和姿态的影响以及刚体运动对结图1运动梁的示意图收稿日期：2011-08-19；修回日期：2011-11-21作者简介：赵振军（1979-），男，工程师，主要研究方向为载荷与力学环境设计1

8、2导弹与航天运载技术2012年梁上任一点t时刻的横向速度为坐标；x，y为跟随柔性飞行器运动的坐标系的原点；ccNθ为随柔性飞行器运动的坐标系ytyt&&(,)ξ=+()θξ&()(t−+x)∑qt&()()φξy（1）cx轴与惯性坐标系ccciixyi=1Oxyz的x轴之间夹角；φ和φ为第i阶模态在坐标00000iiN系xOxyz的x轴和y轴方向上的分量。xtxt&&&(,)ξ=c()+∑qtii()()φξ（2）i=1整个梁的动能T可以表示为式中ξ为梁上任一点的局部坐标系；q为第i阶模态i22